细胞外囊泡（EV）能够介导细胞间通讯，在细胞外基质中扩散从而调节肿瘤微环境，广泛存在于循环系统中。EV的机械性质会影响其生物学功能，例如与细胞的粘附，内吞，胞吐，摄取等，从而影响对目标细胞的改造效果。此外，EV的机械性质还会影响其穿越细胞外基质的过程，这对其向远端传递生物信息十分重要。细胞在恶变过程中力学性质的改变引起细胞行为和肿瘤微环境的改变，最终决定肿瘤侵袭和转移。EV是细胞分泌的纳米级膜囊泡，携带和传递来源细胞的磷脂膜，及胞浆蛋白和核酸等内容物，反映来源细胞的分子生物信息和力学性质，被认为是稳定循环的生物标志物，也是理想的细胞力学研究模型。EV的生物力学性质决定其在循环系统、肿瘤微环境以及细胞分泌和摄取等细胞间通讯过程中的行为，最终影响肿瘤进展和转移。阐明EV的力学生物性质可为其在肿瘤发展中的作用提供重要信息，有助于建立以EV纳米力学性质为生物标志物的肿瘤恶性程度评估方法和标准。同时，由于细胞外囊泡的高生物相容性，低免疫原性等特点，现在越来越多的被用作一种药物递送载体，对细胞囊泡生物力学性质的系统研究也为设计和优化以细胞外囊泡为基础的纳米药物载体，通过调节其刚度而提高药物递送效率提供帮助。
近年来，关于EV生物力学性质的研究较少，以杨氏模量作为评估指标而表观地分析EV的刚度，缺乏对EV内在纳米力学性质，例如弯曲模量和渗透压等对EV刚度的探讨。国家纳米科学中心杨延莲研究员、王琛研究员、朱凌特聘研究员和第一作者叶思源博士研究生等人利用原子力显微镜在单个EV水平上研究了其力学行为，剖析了EV的内在纳米力学性质，通过设计纳米压痕实验研究了弯曲模量和渗透压等对EV刚度的影响，并且通过建立一种新的力学模型对EV的力学行为进行定量分析。通过比较不同恶性程度和不同大小的EV，建立了EV纳米力学性质与肿瘤恶性程度以及尺寸大小的关系，有助于建立以EV纳米力学性质为生物标志物的肿瘤恶性程度评估方法和标准。
通过纳米压痕实验，作者发现EV的初始机械响应具有充分的弹性，且其脂质膜由于流动性和动态改变可以发生自我修复。实验表明，EV的刚度来自弯曲模量和渗透压的共同贡献。通过比较不同恶性程度和不同大小的EV，还发现EV弯曲模量随来源细胞恶性程度的增加而降低,渗透压随EV的尺寸增加而降低，随来源细胞的恶性而增加。最后，作者进一步进行了受试者工作特征曲线（ROC）分析以研究EV的刚度，弯曲模量和渗透压在评估肿瘤恶性方面的效果。发现这三个因素在区分高恶性和正常细胞来源的EV时均具有很高的敏感性和特异性。
相关工作以“Quantitative Nanomechanical Analysis of Small Extracellular Vesicles for Tumor Malignancy Indication”为题，发表在Advanced Science(DOI: 10.1002/advs.202100825)上。国家纳米科学中心杨延莲研究员、王琛研究员、朱凌特聘研究员为论文共同通讯作者。
WILEY
论文信息：
Quantitative Nanomechanical Analysis of Small Extracellular Vesicles for Tumor Malignancy Indication
Siyuan Ye, Wenzhe Li, Huayi Wang, Ling Zhu*, Chen Wang*, Yanlian Yang*
Advanced Science
DOI: 10.1002/advs.202100825
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202100825
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